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J-GLOBAL ID：201702254341268545   整理番号：17A0575233

溶液を利用した剥離により黒鉛から高品質な少数層グラフェンを製造する簡易で量産可能な方法

Facile and Scalable Synthesis Method for High-Quality Few-Layer Graphene through Solution-Based Exfoliation of Graphite

著者 (3件)： WEE Boon-Hong (Incheon National Univ., Incheon, KOR) ,  WU Tong-Fei (Incheon National Univ., Incheon, KOR) ,  HONG Jong-Dal (Incheon National Univ., Incheon, KOR)
資料名： ACS Applied Materials & Interfaces  (ACS Applied Materials & Interfaces)
巻： 9  号： 5  ページ： 4548-4557  発行年： 2017年02月08日 
JST資料番号： W2329A  ISSN： 1944-8244  CODEN： AAMICK  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： アメリカ合衆国 (USA)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： グラフェン酸化物(GO)の還元という従来の方法によらず,黒鉛からほぼ無欠陥の高品質グラフェンを合成する方法を開発した。先ず,天然黒鉛を濃硫酸/発煙硝酸混合液と反応させて層間化合物を生成させた後,1000°Cに急熱して黒鉛層間を膨張させた。ポリパラフェニレンビニレン(PPV)の前駆体(PPV-pre)の水溶液中に膨張黒鉛を加え,超音波処理を行ったところ,グラフェンの分散液が得られた。安定に分散されるグラフェンの濃度はPPV-pre濃度増加と共に増加し,PPV-pre濃度3mMにて最高のグラフェン濃度0.95mg/mLが得られたが,この値は従来報告されているグラフェン分散液濃度と比較してはるかに高い。PPV-preは正電荷を有する高分子電解質であり,これがグラフェン表面に吸着して安定に分散させていると考えられる。分子動力学計算によれば,PPV-preのグラフェン表面への吸着自由エネルギーは非常に大きい。グラフェン+PPV-pre系(GPPV-pre)の紫外可視吸収,Raman分光,XPSおよびAFMから,殆ど欠陥の無い1~数層のグラフェンが分散していることが示された。GPPV-preとGOとを1層毎に交互に積層してGPPV-pre/GO多層膜を作製し,HI/H₂O蒸気処理を行って,GPPV/rGO(還元グラフェン酸化物)多層膜に転化した。GPPV/rGO二重層の数と共に膜の電気伝導度は向上し,それがほぼ飽和する23層での値は483S/cmとなって,PPV/rGO二重層の場合のほぼ3倍の値であった。GPPV/rGO多層膜を集電子とし,PANi/rGOを電気活性子として,PET膜上に全高分子電気化学キャパシタを作製した。電流-電圧特性および充放電特性を評価した結果,体積容量216F/cm³,エネルギー密度19mW h/cm³,最大出力密度498W/cm³という非常に高い値が得られた。本研究による高品質グラフェン分散膜にはエネルギー貯蔵用デバイスとしての発展が期待される。

シソーラス用語： *グラフェン ,  グラファイト ,  *層間剥離 ,  層間化合物 ,  *膨張 ,  *ポリフェニレンビニレン ,  *前駆体 ,  処理 ,  分散系 ,  濃度依存性 ,  高分子電解質 ,  化学吸着 ,  計算機シミュレーション ,  多層膜 ,  *複合膜 ,  酸化物 ,  電気伝導率 ,  集電装置 ,  *電力コンデンサ ,  電流電圧特性 ,  電気特性 ,  静電容量 ,  エネルギー密度 ,  ナノ構造
準シソーラス用語： ナノ複合膜 ,  *ポリパラフェニレンビニレン ,  界面自由エネルギー ,  還元グラフェン酸化物 ,  交互多層膜 ,  黒鉛 ,  集電子 ,  充放電特性 ,  出力密度 ,  水分散液 ,  超音波処理 ,  天然黒鉛 ,  *電気化学キャパシタ ,  電気伝導度 ,  電気容量 ,  *剥離膨張 ,  分子動力学計算

分類 (4件)： 炭素とその化合物  (YB02060D) ,  その他の高分子の反応  (CG03040H) ,  静電機器  (NB10020R) ,  電気化学反応  (CB07050F)

タイトルに関連する用語 (6件)： 溶液 ,  黒鉛 ,  高品質 ,  少数層グラフェン ,  簡易 ,  量産